Цифровой двойник: российские учёные создали инструмент для управления квантовым компьютером

Учёные из Национального исследовательского технологического университета МИСИС и Российского квантового центра (Сколково) создали цифровую модель квантовой системы, которая позволит управлять работой квантовых компьютеров. Об этом RT сообщили в пресс-службе РНФ. Работа поддержана грантом фонда. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research.

Сегодня учёные всего мира работают над созданием квантовых компьютеров. Такие вычислительные машины не хранят информацию в двоичном коде, где наименьшей единицей хранения считается бит, а используют квантовые биты — кубиты.

Биты могут принимать одно из двух значений: 0 или 1. Кубиты же находятся одновременно в нескольких состояниях, поэтому при решении задач не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер, а делают некоторые вычисления значительно быстрее. Так, задание, на выполнение которого у простого компьютера ушла бы неделя, может выполняться на квантовом за секунду.

• Gettyimages.ru
• © Jorg Greuel

Однако большое количество кубитов, задействованных в обработке данных, требует и больше вычислительных ресурсов для управления ими. При этом для отслеживания работы подобных машин мощностей обычных компьютеров не хватает.

Для решения этой проблемы учёные создали цифрового двойника квантового компьютера — алгоритм на основе тензорной сети. Тензоры — это матрицы, или таблицы чисел, представляющие состояние всей квантовой системы в разные моменты времени. Однако хранить в памяти и производить операции со сложными тензорными выражениями тоже трудно, поэтому их разбивают на более мелкие. В результате такого разделения формируются тензорные сети, которые позволяют эффективно имитировать квантовые системы.

Также по теме

«Утечки полностью исключены»: российский учёный — о возможностях квантовой связи и создании квантового компьютера

Основное преимущество квантовой телефонии — невозможность перехвата передаваемой информации. Об этом в интервью RT рассказал доктор...

«В качестве модельной системы мы рассматривали цепочку спинов — это очень распространённая система в квантовых технологиях, на её базе часто делают квантовые симуляторы — узкоспециализированные квантовые компьютеры для моделирования, например, химических систем и взаимодействия частиц в кристаллической решётке. Мы решали задачу по распространению информации от одного конца цепочки к другому — это соответствует некоторому модельному эксперименту по передаче квантовой информации в рамках системы», — рассказал RT руководитель научной группы Российского квантового центра и директор Института физики и квантовой инженерии Университета МИСИС, PhD по теоретической физике Университета Парижа-Юга Алексей Фёдоров.

По словам специалистов, программа помогает снизить необходимое количество ресурсов для поиска решений. Вместо работы с системами с несколькими миллионами состояний достаточно компактных представлений с несколькими сотнями параметров. Цифровой двойник также скорректирует часть ошибок, например уменьшит квантовый шум.

Алгоритм уже можно использовать на обычном компьютере и управлять с его помощью квантовой системой, отмечают специалисты.